1. 引言
建筑模型(Building Information Modeling)在建筑设计阶段 [1] [2] [3]、施工 [4] [5] [6] [7] 及运营阶段 [8] [9] [10] [11] 已经有不同程度的运用。包括碰撞检查，能耗模拟，逃生模拟等等。建筑能耗研究既可以让建筑在设计阶段得以优化，也可以使既有建筑获得最佳的节能改造方案。
在装配式建筑深化设计中利用BIM技术对组件以协作和参数化的方式进行分离和组装。创建三维BIM组件模型后，员工创建和处理BIM深化图，将每个组件信息的数据转换为二维构造图，然后将其用于组件加工和生产。根据模型报告的问题生成冲突分析报告，并制定适当的对策。最后，利用虚拟现实技术实现了施工仿真，利用模拟施工过程和应用工作效果，提前选择和优化方案，同时通过模型中的模拟漫游，感受现场的真实效果 [12]。
在基于绿色BIM理念的多层建筑节能设计中选择不同BIM设计模型软件中的各种模拟软件与其他Ecotect模拟软件结合，利用BIM设计模型软件中的模拟软件在建筑方案设计各个阶段自动创建整体建筑设计模型，通过利用IFC的数据分析格式和其与Ecotect之间数据进行模拟数据交换，在围护节能设计、日照节能设计、环境模拟、太阳辐射、材料选择等阶段对设计方案模型进行数据分析和设计模拟并选择节能减排策略。BIM技术可以帮助建筑行业早日实现绿色节能管理的数字化、可以有效结合设计、施工和其他施工项目，发挥绿色节能管理的理念和作用 [13]。
在传统的建筑施工全过程中由于存在管理粗放、效率低下的状况因此利用BIM技术采用三维立体模型更加直观地展示出建筑的整体效果。BIM技术的可视化功能，可以更好的将实际效果与设计模型进行比对验收，提高施工质量的控制水平。采用BIM技术的数据处理功能，通过专业软件计算出使用材料的规格和数量，对建筑材料的精准裁剪，提高了建筑材料的利用率用BIM技术对施工过程进行模拟预演，合理分配作业计划，对施工工序进行碰撞检测并及时调整施工工序 [14]。
由于绿色建筑在运营维护阶段涉及众多利益相关者，各相关方之间的信息交互与传递十分复杂，因此将BIM技术引入到运维管理中绿建运维综合效益构建中，利用BIM绿建运维管理综合效益评价指标体系，并使用COWA算子进行效益指标的重要性排序，引入集对分析理论描述效益指标与评价标准之间的关联度，从而实现BIM在绿色建筑运营阶段的综合效益评价，使评价结果更为明确，为BIM应用于绿色建筑运维管理提供评价依据。运用BIM建立了综合效益评价模型与方法，计算过程简洁，结果较明确。不仅能够得出综合效益的评价等级，还可通过明确细分结果抓住问题核心，从而有针对性地提出相应的效益提升策略 [15]。
2. 农村旧宅概况
本研究建筑位于武夷山星村镇洋头山村(图1)，建于1983年，建筑面积233 m2，由于建造时间较早，该建筑构造简单，舒适度低，建筑能耗高。该建筑为较具代表性的老式房屋，主体为两层砖木结构，外墙采用外涂泥土砖墙，砖瓦屋顶，水泥地面，木框单层玻璃窗，户主有翻新改造的意愿。
经过旧宅现场实际尺寸测量，本研究建立Revit模型(图2)。
3. 导入Green Building Studio
Green Building Studio是基于云平台的建筑性能分析工具，其使用DOE2.2动态热能能耗模拟引擎估算建筑能耗和运营成本。由于是基于云平台的能耗模拟，因此在模拟分析中可以免受电脑硬件的限制，快速得到建筑设计方案能耗及成本反馈。
将建成的Revit模型转换成gbxml格式，导入到GBS，设定地点为福建武夷山，设定电力成本为0.48元/KWh，燃料成本为2.2元/千卡(图3)。
经过云端计算，该建筑能源使用强度EUI为1034 MJ/m2/年，每年能源消耗成本为18,138元，寿命周期成本为247,048元。
GBS主要是通过确定某一改造方向，或者调整具体的热阻值来进行方案改造选择，没有具体的材质调整，如可以选择保温隔热好的材质。按GBS可选方案，将原方案进行调整，外墙调整为隔热整体外墙，屋顶调整为符合规范隔热屋顶，玻璃调整为透明隔热玻璃。
调整以后，建筑能源使用强度EUI为612.3 MJ/m2/年，每年能源消耗成本为14,659元，寿命周期成本为199,663元(图4)。
Figure 3. Pie chart of the electricity consumption of the original building
图3. 原建筑电力消耗饼图
Figure 4. Retrofit scheme power consumption pie chart
图4. 改造方案电力消耗饼图
对比可得，调整后的改造方案的空调消耗比旧建筑的明显降低，从35.7%的占比降低到27.8%，每年EUI可节省422 MJ/m2，能耗成本节约3479元，寿命周期成本降低47,385元，改造方案节能效果较好。
4. 旧宅改造方案
武夷山夏季气温较高且冬季气温低，旧房隔热能力不足以及防潮保温效果一般，夏季制冷能耗大大增加，同时，也增加了经济费用，而在冬季室内物品极易发潮且室内不够暖和；旧房还存在隔音质量较差的不足，外界的声音极易传到室内，因此，提出以下几个改造意见。
通过对比分析，旧宅改造可以考虑以下几个方面：
1) 采用轻质砖(空心砌块)加空气层，内隔石膏板外墙，提高外墙保温隔热能力，此做法将少量增加冬季制热时的能耗，却能大幅度降低在高温季节的制冷能耗，使整体能耗减少；
2) 石棉板保温通风屋顶，利用风压和热压的作用，尤其是自然通风，带走进入夹层中的热量，减少室外热作用对内表面的影响，明显改善房屋舒适度，降低能耗；
3) 首层，采取架空底板，1/4水泥砂浆混凝土做防水层，防水层上铺石膏板，面层采用橡木板的做法，防潮保温效果好，适用于南方湿热气候，木地板特有的传热性能能够调整地面温度，有冬暖夏凉的效果；
4) 双层玻璃铝框窗，具有保温、隔热和隔声的优点，减少室外环境对室内的声干扰，提高热环境与声环境的舒适度。
另外，建筑所在武夷山市气候 [16] 属于属中亚热带季风湿润气候区，年平均气温约12℃~13℃，1月均温3℃左右，极端最低气温可达−15℃，7月均温23℃~24℃；年降水量在1926毫米。根据气候特点，改造时需考虑到通风防湿的措施，夏季秋季晴天较多可以考虑使用太阳能。如参照太阳房的做法，合理利用空气间层，并且在间层壁面上涂贴辐射系数小的反射材料，目前主要采用的是铝箔，另外还要增加墙体的热惰性，具体做法为：使用对流环路式集热墙，冬季白天房间集热墙的上通风口打开，太阳辐射透过玻璃幕墙加热固定在集热墙外壁面上的集热板，集热板为铝板，外壁面涂无光黑漆，在集热板和太阳辐射的共同作用下，加热夹层内的空气形成热压，与室内空气形成自然循环。热空气经上通风孔进入室内，室内温度较低空气经下通风口进入空气夹层，集热墙吸收的太阳辐射热则可以通过空气的对流作用和集热墙的导热作用传递到室内，以升高室内温度，晚上关闭上下通风口，以减少太阳房夜间因空气对流作用引起的热损失。
同时，夜间通风可以采取自然通风、机械通风或混合通风的方式，利用室外气候减少空调能耗。具体做法可以有增加二层深挑檐和窗外遮阳板来诱导通风和遮阳，屋顶设类似烟囱的可控通风口，在白天关闭隔热，在夜间打开通风。
5. 结论
在传统的住宅中利用BIM技术对改造方案进行分析可以得到较为合理的改造意见，让改造方案少走弯路，同时，GBS是一个较为有效的模拟工具，能够直观给出的数据和图表分析，对既有建筑改造有着较强的指导意义。建筑围护结构的调整可以较为有效的提高节能效果，对既有建筑的改造还需要针对当地的实际气候条件考虑提高通风，增加被动设计，从而改善热舒适度。
基金项目
1) S202010397065 (大学生创新训练项目课题基金)；2) 2020-SSTD-002 (师生共创科研团队课题基金)。